Les trous noirs sont des zones de l'espace extra-atmosphérique où il y a tellement de masse dans un petit volume qu'il y a un horizon d'événements - une zone de l'espace d'où rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper. Cependant, cela ne signifie pas que les trous noirs aspirent la matière. Ils l'attirent juste. Le rédacteur scientifique Forbes dissipe l'un des mythes sur les trous noirs.
Les trous noirs sont des zones de l'espace extra-atmosphérique où il y a tellement de masse dans un petit volume qu'il y a un horizon d'événements - une zone de l'espace d'où rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper. Mais cela ne veut pas dire que les trous noirs aspirent la matière. Ils l'attirent juste.
Les trous noirs sont peut-être les objets les plus étranges et les plus étonnants de l'univers. Là, une masse énorme est concentrée dans un très petit volume, et les trous noirs s'effondrent inévitablement vers un état de singularité, entourés d'horizons d'événements au-delà desquels rien ne peut aller. Ce sont les objets les plus denses de l'univers. Quand quelque chose se rapproche trop d'eux, les forces du trou noir le déchirent. Lorsque la matière, l'antimatière ou le rayonnement traverse l'horizon des événements, ils tombent simplement au centre du trou noir, l'agrandissant et ajoutant à sa masse.
Ces propriétés des trous noirs existent, et tout est vrai. Mais il y a une idée associée à cela, qui est une fiction absolue: que les trous noirs aspirent la matière qui les entoure. C'est très loin de la vérité et c'est une distorsion complète de l'image de la gravité. Le plus grand mythe des trous noirs est qu'ils aspirent de la matière. Et voici la vérité scientifique.
En principe et en termes pratiques, un trou noir peut se former de différentes manières. Une grande étoile massive peut devenir une supernova, dont le noyau central s'effondre et forme un trou noir. Vous pouvez voir comment deux étoiles à neutrons fusionnent, et si elles dépassent un certain seuil de masse, le résultat est un nouveau trou noir. Soit un énorme amas de matière (une étoile supermassive ou un nuage géant de gaz qui rétrécit) s'effondre et se transforme directement en trou noir.
S'il y a suffisamment de masse dans un volume d'espace suffisamment concentré, un horizon d'événements se forme autour de lui. En dehors de l'horizon des événements, nous pouvons nous en éloigner si nous nous éloignons du trou noir à la vitesse de la lumière. Mais si nous sommes à l'intérieur de l'horizon des événements, alors même à la vitesse de la lumière, qui est la limite de la vitesse cosmique, toute trajectoire de mouvement nous conduira toujours au centre du trou noir, c'est-à-dire à la singularité. Il est tout simplement impossible de s'échapper d'un trou noir à l'intérieur de l'horizon des événements.
Mais les objets à l'extérieur du trou noir ont aussi beaucoup de problèmes. Les trous noirs sont si massifs que si nous nous rapprochons de l'un d'eux, nous commençons à ressentir d'importantes forces de marée. Vous connaissez peut-être ces forces de marée si vous savez ce qu'est la lune et comment elle interagit avec la terre.
Bien entendu, la Lune et la Terre peuvent être considérées comme des points matériels, distants l'un de l'autre à une distance relativement grande de 380 mille kilomètres. Mais en fait, la Terre n'est pas un point, mais un objet qui occupe un certain volume bien réel. Certaines zones de la Terre sont plus proches de la Lune que d'autres. Ceux qui sont plus proches ressentent la force d'attraction plus que la moyenne. Ceux qui sont plus éloignés subissent une gravité inférieure à la moyenne.
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Mais il y a d'autres caractéristiques en plus de la différence de distance. Comme tous les objets physiques, la Terre est tridimensionnelle. Cela signifie que le «haut» et le «bas» de la Terre (vus de la Lune) sont tirés vers l'intérieur, vers son centre par rapport aux parties qui sont au milieu.
Avec tout cela, si nous soustrayons la force moyenne qui existe en tout point de la Terre, nous verrons que différents points de la surface sont exposés de différentes manières aux forces extérieures de la Lune. Les lignes de ces forces constituent les forces relatives agissant sur l'objet et expliquent pourquoi l'objet sous l'influence de la force de marée est tiré vers lui et comprimé perpendiculairement à la direction de cette force.
Plus nous nous rapprochons d'un objet massif, plus les forces de marée deviennent importantes. Ils poussent encore plus vite que la gravité! Parce que les trous noirs ont une masse énorme mais sont très compacts, ils créent les forces de marée les plus puissantes de l'univers. Pour cette raison, à l'approche du trou noir, nous nous étirons de plus en plus, devenant comme de minces spaghettis.
Sur cette base, il est très facile de comprendre pourquoi un trou noir peut nous aspirer. Plus nous nous en approchons, plus la force d'attraction devient puissante, et plus la force de marée commence à nous étirer et à nous déchirer.
Cependant, l'idée que nous pouvons être aspirés dans un trou noir est fausse. Toute particule qui constitue un objet sous l'influence d'un trou noir obéit toujours aux lois bien connues de la physique, y compris la règle de courbure de l'espace-temps de la relativité générale.
Oui, en raison de la présence de masse, le tissu de l'espace se plie, et le trou noir est la plus grande accumulation de masse de l'univers. Mais il est également vrai que la densité de cette masse n'affecte en rien la courbure de l'espace. Si une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir de même masse est mis à la place du Soleil, la force d'influence gravitationnelle sur la Terre ne changera pas. L'espace autour de nous est courbé par la masse totale dans son ensemble et la densité n'a pratiquement rien à voir avec cela.
De loin, un trou noir est comme n'importe quelle autre masse de l'univers. Mais si nous l'abordons à une distance minimale de plusieurs rayons de la sphère de Schwarzschild, alors nous commençons à remarquer des écarts par rapport à la gravité newtonienne. Cependant, le trou noir agit toujours simplement comme un centre de gravité, et les objets qui s'en approchent orbitent sur une orbite normale: un cercle, une ellipse, une parabole ou une hyperbole avec une très bonne approximation.
Les forces de marée peuvent provoquer l'étirement et la rupture des objets qui approchent. Et au fur et à mesure que la matière s'accumule autour du trou noir sous la forme d'un disque d'accrétion, des conséquences supplémentaires telles que champs magnétiques, frottements et échauffements peuvent survenir. En raison de cet impact supplémentaire, une partie de la matière ralentira et sera avalée par le trou noir, mais la majeure partie restera toujours à l'extérieur.
Il n'en demeure pas moins que les trous noirs n'aspirent rien. Tous les autres objets ordinaires (lunes, planètes, étoiles) ont les mêmes forces qu'un trou noir. Quoi qu'il en soit, tout n'est que gravité. La plus grande différence est que les trous noirs sont plus denses que la plupart des objets, occupent beaucoup moins de volume dans l'espace et peuvent être beaucoup plus massifs que tout autre objet. Saturne vole tranquillement dans son orbite autour du Soleil, mais si à la place du Soleil au centre de la Voie Lactée nous mettons un trou noir dont la masse est quatre millions de fois la masse de notre étoile, alors les forces de marée briseront Saturne, la transformant en un anneau géant, et il deviendra une partie intégrante du disque d'accrétion. ce même trou noir. Et s'il y a suffisamment de friction, d'échauffement et d'accélération en présence de gravité générée par la matière,champs électriques et magnétiques, puis avec le temps, il tombera vers l'intérieur et sera avalé.
Il semble seulement que les trous noirs absorbent la matière, car ils sont très massifs, et les forces de marée et la matière accumulées autour du trou noir ensemble peuvent déchirer des objets externes en morceaux, après quoi une partie d'un tel objet, sous l'influence de la force de traction, sera à l'intérieur du disque d'accrétion, et au fil du temps et à l'intérieur du trou noir lui-même. Mais un trou noir est très difficile, et la grande majorité de la matière qui passe à proximité est recrachée sous une forme ou une autre. Et seule une petite partie pénètre dans l'horizon des événements, forçant le trou noir à se développer progressivement.
Si nous remplaçons toute la masse de l'Univers par un trou noir avec la masse correspondante, puis supprimons tout ce qui crée des frottements, disons des disques d'accrétion, alors le trou noir aspirera très peu. Les particules ne subiront que des frottements dus au rayonnement des ondes gravitationnelles, passant à travers l'espace-temps courbe généré par le trou noir. Selon la théorie d'Einstein, seule la matière qui se trouve à l'intérieur et au centre même d'une orbite cyclique stable sera absorbée à l'intérieur. Ceci est négligeable par rapport à ce qui se situe à l'intérieur de l'horizon des événements dans notre réalité physique.
En conséquence, nous n'avons que la force de gravité et l'espace-temps courbe résultant de la présence de ces masses. L'idée que les trous noirs aspirent quelque chose est le plus grand mythe. Ils augmentent en raison de la gravité, et rien d'autre. Mais dans l'Univers, c'est plus que suffisant.
Ethan Siegel
